Интегрированный урок по теме "Радиационное загрязнение окружающей среды"

Разделы: Физика


Пояснительная записка.

Явление радиоактивности и связанные с ним воздействия и последствия являются актуальными на сегодняшний день. Этот материал в школьном курсе изучается на уроках физики, химии, биологии, географии, ОБЖ.

В связи с актуальностью данной темы мной был разработан интегрированный урок «Радиационное загрязнение окружающей среды», урок объяснения нового материала для учащихся 11-го класса.

Цель урока:

Дать представление о радиоактивности, о ее воздействии на все живое, о применении человеком данного явления.

Задачи:

Правильно сориентировать учащихся в понимании глобальных экологических проблем, связанных с применением радиоактивности человеком.

Воспитание чувства ответственности к сохранению окружающего мира.

Оборудование:

Плакаты «Ядерный реактор», «Деление ядер урана», диафильм.

Для проведения урока была выбрана форма – пресс-конференция.

Подготовка к уроку начинается за две недели.

Выбор формы был обусловлен возрастными особенностями учащихся, а также открывал большие возможности для поисковой работы с различными источниками, так как данный материал в школьных учебниках освещен недостаточно.

Подготовка к уроку пресс-конференции велась по плану:

  • Открытие явления радиоактивности.
  • Действие ядерного реактора в работе АЭС.
  • Виды топлива, используемые в ядерном реакторе.
  • Развитие атомной энергетики и нашей стране.
  • Хранение ядерных отходов.
  • Влияние радиации на организм человека.
  • Экологические последствия массового применения ядерного оружия и захоронения ядерных отходов.
  • Кто же, если не мы?

Для повышения активности деятельности учащихся в ходе подготовки было предложено разделиться на группы по «специальностям»:

  • физики;
  • химии;
  • экологи;
  • медики;
  • энергетики;
  • журналисты,
  • военные.

В ходе проведения конференции представители различных групп выступали в роли ученых-ядерщиков, ученых-химиков, биологов-экологов, представителей Министерства здравоохранения, ядерной энергетики, обороны. Корреспонденты в ходе работы затрагивали вопросы, связанные с радиоактивностью и ее воздействием на окружающую среду.

Конференцию открывает ведущий обращением Генеральной Ассамблеи ООН и призывает «ученых» поделиться своими мыслями и предложениями по данному вопросу.

«Ученые-физики» рассказывают об открытии явления радиоактивности, об устройстве ядерного реактора, используя таблицы и схемы, изготовленные учениками.

Химики рассказывают о различных видах ядерного топлива.

«Ученые-энергетики» – о развитии атомной энергетики в стране.

Медики предупреждают о губительном влиянии радиации на все живое на Земле.

Представители военных организаций предупреждают, что в случае третьей мировой войны наступит экологическая катастрофа под названием «ядерная зима».

Экологи в своих выступлениях ставят проблемы, как сберечь природу:

  • рассказывают, как современные источники энергии подрывают наше здоровье;
  • приводят причины возникновения «ядерной ночи» и «ядерной зимы»;
  • освещают проблему захоронения ядерных отходов и др.

Своими выступлениями ребята показывают, что неравнодушны к экологическим проблемам, к будущему родной земли и планеты в целом.

Учащиеся выступили с предложениями:

  • Провести акцию протеста по запрету на ввоз ядерных отходов в нашу страну, в нашу область.
  • Выступить за запрет испытания ядерного оружия.

И самый главный вывод, который был сделан в заключении конференции, - это то, что ребята берут на себя ответственность за судьбу родной природы: «Кто же, если не мы?»

А я сделала для себя вывод. Разрушение природы – процесс вторичный, первично же – нарушение гармонии внутри самого человека. Только развитие разума человека, его духовной сферы, приобретение им нравственного опыта позволяют сформировать новую идеологию – идеологию Космического Человека, ответственного за судьбу планеты Земля, Вселенной.

Урок-конференция

Ведущий:

В 1972 году Генеральной Ассамблеей ООН единогласно признала необходимость срочных и эффективных мер по охране и улучшению окружающей среды для блага современного и будущих поколений.

Сегодня на конференции обсуждается один из важных вопросов современности – радиоактивность и ее вредное влияние на всю жизнь.

В работе конференции принимают участие ученые-ядерщики из института ядерной физики, ученые-химики, биологи-экологи, представители Министерства здравоохранения, представители Министерства ядерной энергетики, журналисты, представители Министерства обороны.

Слово предоставляется ученым института ядерной физики.

Нестабильность атомов была открыта в конце 19-го века. Спустя 46 лет был построен первый ядерный реактор.

Открытие радиоактивности – явления, доказывающего сложный состав ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Рентгеновские лучи впервые были получены при столкновении быстрых электронов со стеклянной стенкой разрядной трубки. Одновременно наблюдалось свечение стенок т рубки. Беккерель долгое время исследовал родственное явление – свечение веществ, предварительно облученных солнечным светом. К таким веществам принадлежат, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал Беккерель. И у него возник вопрос: не появляются ли после облучение солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил соли и выставил на яркий свет. После проявления пластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому пронизывает непрозрачные тела и действует на пластинку. Беккерель думал, что излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1884 года, провести очередной опыт не удавалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования. Конечно, не будь этой счастливой случайности, радиоактивные явления все равно были бы открыты, но, по-видимому, значительно позже.

В 1898 году Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие учёные обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и её мужем Пьером Кюри. Был открыт ещё один элемент, дающий очень интенсивное излучение. Он был назван радием. Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

После открытия радиоактивности элементов началось исследование физической природы их излучения. Кроме Беккереля и супругов Кюри этим занялся Резерфорд.

Классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем. Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившие из канала излучения действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно тёмное пятно, точно напротив канала. В магнитном поле пучок распадался на три пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо больше чем положительный. Третья составляющая не отклонялась магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный – бета-лучей и нейтральный – гамма-лучей.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности, т.е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Корреспондент журнала «Наука и жизнь».

Одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является проблема источников энергии. Потребление энергии растет столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время. Поэтому появляется необходимость в поиске новых источников энергии.

Как человек может использовать атомную энергию в своих целях?

Ведущий: Слово для ответа предоставляется ученым института ядерной физики.

Одним из источников получения энергии для человека являются атомные электростанции. В основе работы АЭС заложено действие ядерного реактора (см. рисунок 1).

Ядерный реактор – это устройство, предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакцией. Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным. При этом цепная реакция будет продолжаться столько времени, сколько это необходимо, не прекращаясь и не приобретая взрывного характера.

Рассмотрим устройство и принцип действия реактора, в котором в качестве делящегося вещества используется в основном уран-235. В активной зоне находится ядерное топливо в виде урановых стержней и замедлитель нейтронов – в данном случае вода.

Масса каждого уранового стержня значительно меньше критической, поэтому в данном стержне цепная реакция происходить не может. Она начинается после погружения в активную зону всех урановых стержней, т.е. когда масса урана достигнет критического значения. Активная зона окружена слоем вещества, отражающего нейтроны (отражатель), и защитной оболочкой из бетона, задерживающей нейтроны и другие частицы.

Для управления реакцией служат регулирующие стержни, эффективно поглощающие нейтроны. При их полном погружении в активную зону цепная реакция идти не может. Для запуска реакции регулирующие стержни постепенно выводят из активной зоны до тех пор, пока не начнется цепная реакция деления ядер урана.

Образующиеся в процессе этой реакции нейтроны и сколки ядер, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду, сталкиваются с ядрами атомов кислорода и водорода, отдают им часть своей кинетической энергии и замедляются. Вода при этом нагревается, а замедленные нейтроны через какое-то время опять попадают в урановые стержни и участвуют в делении ядер.

Активная зона реактора посредством труб соединяется с теплообменником, образуя так называемый первый замкнутый контур. Насосы обеспечивают циркуляцию воды в этом контуре. При этом вода, нагретая в активной зоне, нагревает воду в змеевике второго контура, превращая ее в пар. Таким образом, вода в активной зоне реактора служит не только для замедления нейтронов, но и теплоносителем. Энергия пара, образовавшегося в змеевике, преобразуется в электроэнергию. Посредством этого пара вращается турбина, которая, в свою очередь, приводит во вращение ротор генератора электрического т ока. Выработанный пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Затем весь цикл повторяется.

Корреспондент журнала «Химия и жизнь» спрашивает: «Какие виды топлива можно использовать в работе ядерного реактора?»

Ведущий: Слово для ответа предоставляется ученым-химикам.

К настоящему времени известно множество типов ядерных реакций. Но для промышленного получения энергии наиболее выгодной является реакция деления тяжелых ядер элементов под действием нейтронов. В большинстве реакторов используется самопроизвольное контролируемое деление ядер урана-235, 238 или плутония (см. рисунок 2).

В современных реакторах используется смесь из 2-х изотопов -  .

А также применяются замедлители – тяжелая вода или графит.

Период полураспада плутония составляет 24000 лет. Он очень важен для промышленности, так как способен делиться под действием и тепловых, и быстрых нейтронов.

Перспективным топливом для реакторов будущего являются изотопы водорода: дейтерий  .

Корреспондент газеты «Аргументы и факты» задает вопросы представителю Министерства энергетики.

Как развивается атомная энергетика в нашей стране?

Ведущий: Слово для ответа предоставляется представителю Министерства энергетики.

Атомные станции в нашей стране размещены крайне неравномерно и, как правило, в густонаселенных районах. Доля АЭС в общем производстве энергии составляет для России в целом около 12%, в Сибири и на Дальнем Востоке – менее 1%, в центре Европейской части – до 25%, а на Северо-западе – до 65%. В России официально функционируют 9 АЭС (29 энергоблоков) общей мощностью 21,2 ГВт. Всего в СССР было 18 АЭС, кроме того некоторые промышленные реакторы для выработки плутония давали и дают электрическую и тепловую энергию.

В России активно обсуждается принятое Правительством постановление «О строительстве атомных электростанций на территории Российской Федерации»; по сути – программа развития атомной энергетики до 2010 года. Строятся как «замещающие», так и новые энергоблоки.

Сейчас в 32 странах действуют 450 атомных станций. На сегодняшний день они не имеют достаточно прочных защитных конструкций, способных выдержать мощный внешний удар. Поэтому приобретает особое значение проект петербургских учёных, разработавших уникальный вариант атомных станций, сооружаемых глубоко под землёй. Они доказали, что размещение ядерных реакторов под землёй исключит аварийный выброс радиации в атмосферу.

АЭС – это реальность. Огромные затраты на создание сырьевой базы и безопасных реакторов должны быть оправданы.

Корреспондент журнала «Знание - сила» задаёт вопросы представителю Министерства энергетики.

Почему Россию называют «Мусорным ящиком Европы» и как хранить радиоактивные отходы?

Ведущий:

Слово для ответа предоставляется представителю Министерства энергетики.

Россию называют «мусорным ящиком» из-за поступления радиоактивных отходов из множества других стран.

Ядерная энергетика имеет много преимущества по сравнению с тепловой энергетикой. Однако её использование связано с серьёзными экологическими проблемами, например с захоронением радиоактивных отходов. К отходам относятся отработавшие топливные элементы, заменяемые детали реактора, жидкости и газы, используемые в работе и загрязнённые радиоактивными изотопами. На большинстве АЭС все отходы хранятся на территории в специальных контейнерах, погружённых в воду. В некоторых странах захоронение осуществляется в шахтах на глубине более 500 метров, где исключено проникновение грунтовых вод. Недавно разработан проект захоронения на дне океанов в осадочных породах, где сохранность отходов гарантируется в течение тысячи лет.

Другая проблема – это предотвращение выхода радиации за пределы реактора и АЭС. Конструкция современных АЭС практически исключает выход радиации. Для этого реакторы опускают в «колодец» и закрывают защитным колпаком (сталь и железобетон), способным выдержать даже взрыв ядерной бомбы.

Корреспондент журнала «Здоровье» задаёт вопрос представителю Министерства здравоохранения: Влияет ли радиация на организм человека?

Воздействие радиации зависит от многих факторов – источника, типа излучения, окружающей среды и её состояния, времени облучения. Для человека важно внешнее или внутреннее облучение. Все виды ядерного распада ионизируют вещество. Возможно два типа поражения. Прямое – когда с выбитыми электронами разрушаются молекулярные связи и распадаются молекулы. Облучение альфа-частицами ведёт к распаду клеток ДНК. Косвенное заключается в том, что в организме появляются токсичные элементы – радикалы водорода и кислорода. Перемещаясь в организме они активно окисляют молекулы мембран клеток, что ведёт к их разрушению.

Ядерное излучение характеризуется активностью и дозой. Активность определяется числом распадов в секунду и измеряется в Беккерелях (1Бк= 1с-1 ). Поглощённая доза характеризует действие излучения на вещество, измеряется в Греях. Доза для человека измеряется в Зивертах. Эффект зависит также от типа излучения, определяемым коэффициентом качества. Опасная доза в 13в вызывает различные заболевания. При дозе в 53в 50% населения умирает в первые два месяца. При 503в смерть наступает очень быстро. Некоторые части человеческого тела малочувствительны даже к смертельным дозам (кисть, предплечье), другие наоборот (щитовидная железа, кровь мышцы).

Стон Земли.

Вращаясь в космосе, в плену своей орбиты,
Не год, не два, а миллиарды лет.
Я так устала. Плоть моя покрыта
Рубцами ран – живого места нет.

Терзает сталь моё земное тело
И яды травят воды чистых рек,
Всё то, что я имела и имею
Своим добром считает человек.

Мне не нужны ракеты и снаряды,
А ведь на них идёт моя руда!
А что мне стоит только штат Невада,
Его подземных взрывов череда!

Зачем друг друга люди так боятся,
Что позабыли о самой Земле?
Ведь я могу погибнуть и остаться
Обугленной песчинкой в дымной мгле.

Не потому ли, загораясь мщеньем,
Я против сил безумных восстаю.
И, сотрясая твердь землетрясеньем,
На все обиды свой ответ даю.

И не случайно грозные вулканы
Выплескивают с лавой боль Земли…
Очнитесь, люди!
Призовите страны,
Чтобы меня от гибели спасти.

Корреспондент газеты «Патриот» задаёт вопрос представителю Министерства обороны.

В мире в настоящее время накоплено настолько много ядерного оружия, что даже его частичное применение приведёт к гибели современной цивилизации. К каким экологическим последствиям может привести массовое применение ядерного оружия?

Ведущий: Слово предоставляется представителю Министерства обороны.

В современном ядерном оружии реакция происходит за 10-9с с мощностью 1000Кт. Выделение огромного количества энергии в столь короткое время сопровождается повышением температуры до миллионов градусов, излучением электромагнитных волн от инфракрасного до гамма-излучения. Избыточное давление в эпицентре взрыва достигает до 15x105Па. При этом скорость взрывной волны достигает 4000 км/ч. Кроме механического и теплового поражения, нарушается радиосвязь, работа электронной аппаратуры, изменяется магнитное поле Земли.

К опасным последствиям приводит радиационное поражение живых объектов альфа- и бета-частицами, нейтронами, гамма-лучами. Кроме прямого разрушения клеток с быстрым смертельным исходом, развиваются разные формы рака и генетические отклонения, растянутые во времени даже через поколения.

В мире в настоящее время накоплено настолько много ядерного оружия, что даже его частичное использование в случае третьей мировой войны приведёт к глобальной экологической катастрофе и быстрой гибели современной цивилизации. Это явление известно под названием «ядерная зима».

Экологи продолжают отвечать.

Одна из самых насущных проблем человечества – устранение угрозы ядерной войны. Сегодня в арсеналах многих стран содержаться тысячи атомных боеголовок – это сила, способная уничтожить всё живое на нашей планете. Сейчас уже каждый школьник знает к каким глобальным экологическим, медико-биологическим и экологическим последствиям приводят испытания ядерного оружия. Многие из нас наслышаны об ужасах Чернобыля и Три-Майн-Айленда, Хиросимы и Нагасаки, некоторые являются прямыми участниками этих событий.

Проблема захоронения ядерных отходов, испытания ядерного оружия и угроза ядерной войны сформировали негативное отношение у многих людей во всём мире к этой отрасли разработок.

Учёные всего мира изучают данную проблему, пишут научные трактаты, проводят исследования. И вот, что я бы выделила в качестве основных пунктов их работ:

  • Глобальные ядерные конфликты, прежде всего, могут повлечь за собой изменения в климате Земли;
  • Присутствие огромного количества дыма и сажи в атмосфере может привести к «ядерной ночи», а затем к «ядерной зиме», которые могут продлиться от нескольких месяцев до нескольких лет;
  • Нарушение циркуляции воздушных масс приведёт к нарушению водного режима на Земле; это будет проявляться в крайне неравномерном распределении осадков на планете;
  • Ядерные взрывы приведут к резкому изменению химического состава атмосферы, почв, гидросферы, признаками чего станут закисление почв и водоёмов, разрушение озонового слоя, возникновение ураганов.

Говоря о последствиях в биосфере нужно сказать, что кислородное голодание, ослабление фотосинтеза, эрозия почв приведут к гибели многих экосистем, массовым эпидемиям, мутациям, которые могут погубить большинство видов растений и животных, среди которых главной опасности подвергаются млекопитающие.

Человек тоже не сможет выжить. Пережив даже главные катаклизмы, он не справится с подрывом продовольственной базы, массовыми эпидемиями, генетическими, психологическими и физиологическими нарушениями, что тоже в конечном счёте не даст ему реабилитироваться.

Во все времена люди задумывались о сущности конца света, но лишь в XX веке человечество в полной мере смогло понять, как это страшно и реально. Идя по пути великих научных открытий в области ядра, учёные первоначально не предполагали, к каким ужасным последствиям это может привести. Но уже сейчас мы, наученные горьким опытом многих аварий и испытаний, понимаем, что не хотим этого зла.

Закончить свою речь я хотела бы одним из стихов Р.Рождественского о Хиросиме.

Город прославился так:
Вышел военный чудак,
Старец с лицом молодым.
«Парни, – сказал он, – летим!
Мальчики, время пришло.
Дьявольски нам повезло!»

В семь 49 утра
Всё было так, как вчера.
«Точка… вздохнул офицер, –
Чистенько вышли на цель…»

В восемь 12 утра
Сказано было: «Пора!»
В восемь 15 над миром взлетев
Взвыл торжествующе дымный клубок!
Солнце зажмурилось, похолодев:
Вздрогнули оба: и «боинг», и «бог».

Штурман воскликнул:
«Ой, как красиво!»
Эту секунду в расплавленной мгле,
Рухнули все представленья о зле,
Люди узнали, что на Земле,
Есть Хиросима,
И нет Хиросимы.

Ведущий:

Для сохранения жизни на земле важно, чтобы каждый человек осознал, что он является не властелином природы, а её частью. Поэтому, рассматривая вопросы радиационного загрязнения окружающей среды, предлагаю:

  • Провести акцию протеста по запрету на ввоз ядерных отходов в нашу страну, в нашу область.
  • Выступать за запрет испытания ядерного оружия.

Учитель: Подводит итоги урока.

Литература.

  1. Багоцкий С.В. Биосфера и ядерная война // Научно-методический журнал «Биология в школе». – № 3, 1988. – М.
  2. Булатов В.И. Атомная энергетика // Приложение к газете «Первое сентября». «География». – № 42, 1997. – М.
  3. Голосов О.Н. АЭС: спасение под Землёй // Журнал НЛО, № 5, 2000. – М.
  4. Касьянов В.А. Физика 11-й кл. – В.А. М.: Дрофа, 2008.
  5. Назаренко В.М. Элементы в квадратных скобках // Научно-популярный журнал «Химия и жизнь». – № 3, 1998. – М.
  6. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. Приложение к учебникам физики для 9 кл. общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2001.

10.05.2009